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    风口不在,融资不断,这里有一份3D打(dǎ)印行业梳理

    2019/11/08456


    10月22日,在“直通乌镇”全(quán)球(qiú)互联网大(dà)赛总决赛上,3D打印(yìn)公司「LuxCreo清(qīng)锋时代(dài)」获(huò)得了大赛(sài)冠军(jun1)。同月(yuè),专攻数字化齿(chǐ)科3D打印机的「迅实(shí)科技(jì)」,宣布完成(chéng)过(guò)亿元人民币(bì)的B轮融资。

    8月8日,「LuxCreo清锋时代」宣布完成KPCB领投,北(běi)极光创投、顺为(wéi)资本跟投的3000万美元B轮融(róng)资。 8月(yuè)26日,研发微纳米(mǐ)级3D打印设备及材料(liào)的(de)「摩方材料」完成1亿人民(mín)币(bì)A+轮融资。

    在过去的两个月里,3D打(dǎ)印企业(yè)吸引(yǐn)了不少市(shì)场关注。此前,36氪也曾(céng)经对2018年(nián)、2019年(nián)的两年来3D打印领(lǐng)域的投融资情况以及(jí)目前3D打印整个(gè)产业状(zhuàng)况进行了分析。(详情(qíng)请看:发(fā)明30年后,3D打印现状(zhuàng)如何?)

    继续3D打印的话题,国内3D打印领域(yù)主要有哪些玩家组成?相信读完这篇文章,你一(yī)定能得出答案。

    3D打印是(shì)什么?

    3D打印是增材制(zhì)造的另一种说(shuō)法(fǎ),它是以数字模型为(wéi)基础,将材(cái)料逐层堆(duī)积制造(zào)出实体物品的新兴制造技术。增材制造可(kě)节约制造材料(liào)和(hé)加工时(shí)间,制作形态万千的物品,实现制造的个性化和定(dìng)制(zhì)化。增材制造实现了制造(zào)方式从等材、减材到增材的转变,改(gǎi)变(biàn)了传统制(zhì)造的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组(zǔ)合,被认为是制(zhì)造领(lǐng)域极具代表的颠覆性技(jì)术。

    为抢占增材制造技术及产(chǎn)业(yè)发(fā)展先机(jī),多个国家和地区将其列为(wéi)重(chóng)点发展方向,制定了相关规划及(jí)扶持政策。

    按3D打印产业链,可以根据(jù)上中下游分为3D打印材(cái)料(liào)、3D打印(yìn)设备(bèi)、3D打印服(fú)务、以及3D打印应用。而按照3D打印原(yuán)材料的则可以分(fèn)为(wéi)金属3D打印和(hé)非金属3D打印(yìn)两(liǎng)大类(lèi);按照应(yīng)用上的区别又可以(yǐ)分(fèn)为(wéi)工业级3D打(dǎ)印、特种打印等。

    在这份(fèn)行业图谱里,我们将(jiāng)整个3D打(dǎ)印行业(yè)拆分成金属3D打印和(hé)非金属3D打印两大类,并以(yǐ)相(xiàng)关的打(dǎ)印技术和应用(yòng)范围为细分项为大家盘点整(zhěng)个市场(chǎng)的企(qǐ)业格(gé)局。


    一、金属3D打印

    1、金属3D打印材料

    与普通材料不同的是,3D打印材料需要应(yīng)用特(tè)有的技(jì)术进行制(zhì)备,来满足3D打印产(chǎn)品及3D打印设备对材料的特(tè)殊要求。根据所使(shǐ)用的3D打(dǎ)印技术的不同(tóng)、制(zhì)造(zào)的零件(jiàn)用途不同,所需要的材料也(yě)不相同(tóng)。

    金属3D打印材料(liào)主要是金属粉(fěn)末,主要材质包括(kuò)钴基(jī)合金、不锈钢、工具钢、模具(jù)钢、镍(niè)基合金、钛及钛合金,以及(jí)各系铝合(hé)金等。

    据有关数(shù)据分析报告显示,未来市场3D复合打印材料的规模将不(bú)断增加,金属(shǔ)材料(liào)的(de)应用(yòng)也会逐年上升,预计2022年复合材料(liào)有望达到1.11亿美元,3D打印(yìn)金属材料的市(shì)场规模达到8亿美(měi)元,金(jīn)属材料(liào)的研发生产将有(yǒu)更广阔的市场(chǎng)空间。

    在金属3D打印(yìn)材料(liào)领域,有(yǒu)公司仅(jǐn)针对特定(dìng)领域提供(gòng)专业材料。如(rú)「中航迈特」,主营业务业务就是航(háng)空航(háng)天(tiān)金属 3D 打印(yìn)粉末材(cái)料研发和生产,年产能(néng)将达至(zhì)少1000吨;以(yǐ)及「融天航(háng)空(kōng)器(qì)材」代理来自美国、欧洲的航空用3D打印金属(shǔ)粉末。

    更多的厂商是(shì)生产通用性(xìng)的(de)金(jīn)属粉末产品。如「纳联材料」生产适用于SLM、EBM、DED 等技术的基合金、不(bú)锈钢(gāng)、工具钢(gāng)、模具钢、镍基(jī)合金(jīn)、钛及钛合金金属粉末材料;同(tóng)类公司(sī)还有「宇光飞利金属(shǔ)材料」、「金源智能(néng)技术」、「微纳(nà)增材技术」、「康普锡威科技」、「英纳(nà)特(tè)纳米(mǐ)科技」、「优材科技(jì)」、「中体新材料」、「上海状迈」等。

    此外(wài),还(hái)有部分兼备打印设备(bèi)和材料的(de)公司,将在下文进行讨论。


    2、金属3D打印(yìn)装备(bèi)

    现在主(zhǔ)流的金属3D打印(yìn)技术(shù)有:激光选区熔化(SLM)、激(jī)光近净成型(LENS)和电子束选区(qū)熔化(EBSM)技术、直接能量沉积(DED)技术以及(jí)电子束熔丝沉积(EBDM)。

    来源:国家增材(cái)制造(zào)产业(3D)发展推进计划(huá)(2015-2016年)


    (1)激光选区熔化(SLM)

    SLM是目前金属3D打印成型中最普遍的技术,其工作(zuò)原(yuán)理为:计(jì)算机将物体(tǐ)的三维数据转化(huà)为一层层(céng)截(jié)面 2D数据并传输给打(dǎ)印机,打印过程中,在基板上用刮刀铺上设定层厚的金属粉末,聚焦的激光(guāng)在扫描振(zhèn)镜的(de)控(kòng)制下按照事先规划好的路径与工艺参数(shù)进行扫(sǎo)描,金属粉末在高能量激光的照射(shè)下其发生熔化,快速凝固,形成冶金结合层。当一层打印(yìn)任(rèn)务结束后, 基板下降一个切片(piàn)层厚高度,刮刀(dāo)继续进行粉末铺平,激(jī)光扫描加工,重复这样的(de)过程直(zhí)至整个零件打印结束。(引用(yòng)自铂力特招股书)

    该技术的优势(shì)在于可以广泛应用于复杂(zá)形状的金属零件的批量生产,而且大多数(shù)金属粉末都适用于(yú)这种技(jì)术,包括钛合金(jīn)、铝合金(jīn)、高温合金、铜合(hé)金、钴铬合金、 不锈钢、高强(qiáng)钢、模具(jù)钢等,得到的零(líng)件致密度(dù)几(jǐ)近100%。

    3D打(dǎ)印领域(yù)唯一(yī)的科(kē)创板公司「铂力特」的自(zì)研设备就以SLM 3D打印机为(wéi)主,其(qí)招股说明书显示(shì)其SLM设备成形(xíng)机时累计突破50万小时。在打印材(cái)料方面,铂力(lì)特在开(kāi)发了(le)数种传统钛合金、 铝合金(jīn)等材料(liào)基础上,成功研发增材制造专用新型(xíng)钛合金粉末TiAM1、铝合金粉末AlAM1。

    以及主要面向航天、航空、航海(hǎi)、核电等高端制造(zào)领(lǐng)域金属3D打印服务的「鑫精合」同样也是主要(yào)利用SLM技术进行服务。此外,该(gāi)公司还掌握激光沉积(jī)制造(LDM)的工艺技术,目前拥有(yǒu)50 台自(zì)主(zhǔ)研发的系列化金(jīn)属选区(qū)熔化(huà)设,11台超大型号自主研(yán)发的金(jīn)属沉积(jī)制造(zào)设备,在职人员 600余人(rén)。

    另(lìng)外,在金属(SLM)3D打印领域,还(hái)有如「广东汉邦科技」、「永年激光」、「易加三维(wéi)」、「易博三维(wéi)」、「西帝摩」等。

    (2)其他金属3D打(dǎ)印技术

    LENS(Laser Engineered Net Shaping)是一种基于同(tóng)步(bù)送粉的激光熔(róng)覆沉(chén)积技术,激光(guāng)束在控制下,按照预先设定的路径,进行移(yí)动;同(tóng)时,粉末喷嘴(zuǐ)将金(jīn)属(shǔ)粉末直接输送到激光光斑下,使之由点到线、由(yóu)线到面的顺序凝固,从而完成(chéng)一个层(céng)截面的(de)打(dǎ)印工(gōng)作(zuò),这样层层叠加(jiā),制造出近净形的零部件实体。使用(yòng)该技术(shù)的打印机(jī)通常会与(yǔ)相(xiàng)应的CNC铣削单元混合使用。

    美国的「Optomec」上世纪九十(shí)年(nián)代末开始集中(zhōng)于LENS技术的(de)商(shāng)业开发,可以(yǐ)做到以五个运动轴移(yí)动装置(zhì)逐渐建立(lì)3D金属(shǔ)物体,今年3月(yuè)推出了两款(kuǎn)新的独立(lì)系(xì)统LENS CS 600和CS 800。国内比较典型(xíng)的公司(sī)是「大连海(hǎi)博瑞思科技」,该公司融合了LENS技术,研发了五轴混合加工制造技(jì)术,生产了相关设备并提供相对应的解(jiě)决方案。

    电(diàn)子束选(xuǎn)区熔化(EBSM/EBM)是通过在真(zhēn)空环境下使用电子束扫描、熔化粉末(mò)材料(liào),逐层沉积制造3D金属零件的工艺,相对(duì)于(yú)SLM技术加工(gōng)效率更(gèng)高,成(chéng)本也更(gèng)低,但技术(shù)难度相对(duì)更高。

    最(zuì)早(zǎo)将该技术商业化的是(shì)瑞典的「Arcam AB」公司,国内则有(yǒu)「智束科技」,该公司(sī)核心(xīn)技(jì)术与团(tuán)队(duì)均来源(yuán)于清华大(dà)学,开发(fā)了具有自主知识产权的EBSM金属(shǔ)3D打印装(zhuāng)备,该技术可(kě)广泛应用于航空航天高性能复杂零部件和医(yī)疗植入体制造等领域(yù)。


    二、非(fēi)金属3D打印

    1、非金属3D打印材料

    目(mù)前能够用于3D打印(yìn)的材料已有1000多(duō)种,绝大部分都是非金属材料(liào)。非(fēi)金属(shǔ)3D打印主要使用的是高分子(zǐ)材料,包括合成高分(fèn)子材料,如聚乳(rǔ)酸(suān)(PLA)、聚乙二(èr)醇(PEG)、聚对苯二甲(jiǎ)酸(suān)乙(yǐ)二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(zhǐ)(PETG)、聚-羟基戊酸酯(zhǐ)(PHBV)、聚丁(dīng)二(èr)酸-丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)以(yǐ)及光敏树(shù)脂等;热塑性高分子材料,如PC、ABS-M30i、尼(ní)龙、PEEK等(děng);天然高分(fèn)子材料(liào),如藻(zǎo)酸盐、胶原、纤维蛋白(bái)原、明胶、细(xì)胞外基质(zhì)、琼脂糖、葡聚糖、葡萄糖、蔗糖(táng)、壳聚糖等。

    加工方会根(gēn)据不同的3D打印技术(shù)特性及应(yīng)用产(chǎn)品需求,选择不同性(xìng)能(néng)的材料(liào)。市(shì)场上,也有许多专门研发生(shēng)产3d打(dǎ)印材(cái)料的公司。

    如「eSUN 易生」,它(tā)是深圳光华伟业(yè)股份有限公司2007年进入(rù)3D打印材料(liào)制造领域时(shí)创立的品牌。截止到 2019年4月,「eSUN 易生」已经上市(shì)了超40种(zhǒng)FDM材料(liào)、以及适用于(yú)光固化(huà)3D打印的光敏树脂系列(liè)。还开发了iSUN3D医疗鞋垫3D打印系(xì)统系统,目前,公司产品拥有 REACH、RoHS、CE、ISO 等全系列认证,全球代理商累计超50个,产品销往了100多个国(guó)家及地区。

    目前,FDM(Fused Deposition Modeling,熔积成型法)是市(shì)面(miàn)上成本最低(dī),应用(yòng)也(yě)最广的3D打印技术,FDM工艺使用丝状材料,可选择多种材料进行加工(gōng),包括聚碳酸酯、工程塑料(liào)以及二(èr)者的混合材料等。因而(ér),也有公司专门针(zhēn)对FDM公(gōng)司研发材(cái)料。

    如(rú)36氪采访到的「Polymaker」,这是一家成(chéng)立于2012年,在(zài)工程塑料的3D打印材料在(zài)全世界范围都有(yǒu)较高的知名度的公司,在中国、美国与荷兰均设(shè)立分公司,90%以上的(de)产品(pǐn)销往(wǎng)美国、德国、日本等(děng)海外市场。同时(shí),该公司也可(kě)以(yǐ)根据客户需求研发有针(zhēn)对性的材(cái)料,比如为航(háng)空公司研制(zhì)飞机上使用的阻燃材料。

    另(lìng)外,同样以FDM线材为主(zhǔ)的材料厂商还有「广州优塑」、「Elements 3D」、「青岛宏(hóng)飞达」、 「深圳市众景优品(pǐn)」、 「瑞贝思(sī)三维」、「辰岳科(kē)技」、「北京斯(sī)科瑞化工(gōng)」等(děng)。

    除(chú)了(le)FDM工艺,DLP和SLA技术(shù)也是非金属3D打印(yìn)中的两种重要工艺(yì)(具体技术(shù)阐述将在后(hòu)文展开),它们使用的耗材则(zé)是光(guāng)敏树(shù)脂。这类材料的制(zhì)造工艺难度以及成(chéng)本都(dōu)相(xiàng)对(duì)较高,高(gāo)质量液(yè)态光敏(mǐn)树脂仍然依赖进(jìn)口也需要从国外进口(kǒu)。

    在光敏树脂(zhī)材料研发生产领域,有「广州双力」这类既(jì)生产_塑料丝和光敏树脂(zhī)的(de)公司,也有专注光敏树脂材料(liào)的(de)公司,如「力邦新材料」、「正(zhèng)邦科技」、「雅霖特种材(cái)料」等。另外,也会有3D打印设备和(hé)服务(wù)的公司会涉及到该材料的(de)研发,如36氪曾报(bào)道的「塑成科技」、「清锋(fēng)时(shí)代(dài)」、「UNIZ」。

    除了(le)这些(xiē)主流材料,也还(hái)有公(gōng)司把目(mù)光投向了特种材料,如「飞亚新材料」开发了聚芳醚醚腈(jīng)(PEEN)特种(zhǒng)高分子材料、「随身(shēn)科技」研发了石墨烯尼龙复合材料、「晗宇科技」开发了高(gāo)精密度3D打印石(shí)蜡耗(hào)材。

    2、非金属3D打印设备

    现在主流的非金属3D打印(yìn)技(jì)术有:熔积成(chéng)型(xíng)法(FDM)、立体光固化成(chéng)型技术(SLA)、数(shù)字(zì)光投影技术(shù)(DLP)、非金属激光粉末烧结(SLS)。

    (1)熔积(jī)成型法(fǎ)(FDM)

    熔融沉积成型法(FDM,Fused Deposition Modeling),这种工艺是通过将丝状材料如热(rè)塑性塑(sù)料(liào)、蜡或金属的熔丝从加热的(de)喷(pēn)嘴挤出,按照零件每一层的预定轨迹,以固定的速率进行熔体沉(chén)积。主要用途是塑料件、铸造用蜡模、样件或模型(xíng)制造。但相对于其他几种工艺,加工精度低、时间较(jiào)长(zhǎng)。

    FDM不用激光,使用、维护简单(dān),成本低,可以(yǐ)满足(zú)消费级客户的DIY要求,也能满(mǎn)足企业低价零件(jiàn)制(zhì)造以及模型制造的要求。

    36氪曾报道过(guò)的「创想三维(wéi)」就(jiù)是一家(jiā)桌面(miàn)级3D打印机厂商,主要提供用于家庭场景的FDM桌面级3D打印机硬件产(chǎn)品和耗(hào)材,年出(chū)货量50万台,全年营(yíng)收的 90% 以上来自于海外市场。除此之外,公司创(chuàng)想三维也研发了大型3D打印(yìn)设备以及桌面级光固化打印机(jī),在工业级打(dǎ)印同(tóng)样(yàng)也所有涉(shè)及。同样针对消费级桌面3D打印的(de)公司(sī),36氪还曾(céng)报(bào)道过「Snapmaker」。

    除(chú)了消费级桌面打印机,更(gèng)多的公司瞄准的是FDM工业级3D打印市场。比(bǐ)如「弘瑞3D打印」、「复志Raise 3D」、「PMAX巨影(yǐng)」、「海芯(xīn)科技」等。

    (2)立体光固化成型(xíng)(SLA)和数字光处理(DLP)

    立体(tǐ)光(guāng)固化成型(SLA),是使用激(jī)光束(shù)在液态(tài)树脂表面勾(gōu)画(huà)出物体的第一层形状,然(rán)后制作平(píng)台下(xià)降一定(dìng)的距离(0.05-0.025mm之间),再让固化层(céng)浸(jìn)入液态树(shù)脂(zhī)中(zhōng),如此(cǐ)反复(fù)。使用的树脂是光敏树脂,激(jī)光(guāng)束照射后会形成固态。

    在SLA 3D打印领域,「联泰科技」拥有较高的知名度,据其官(guān)网介绍联泰科技目前拥(yōng)有国(guó)内立体光固(gù)化(SLA)3D 打印(yìn)技术最大份额的工业领域客户(hù)群,国内市场占有率超过 60%。产品已被广(guǎng)泛(fàn)应用(yòng)于手板 模具、鞋业、口腔医疗、文化创意(yì)、汽车、电子以及教育科研等(děng)多个应(yīng)用及行业领域。

    另外,「中瑞(ruì)科技」也在光固化3D打印(yìn)机方面有所积累,尽管该公(gōng)司(sī)SLA光固化(huà)、SLM选(xuǎn)区(qū)激光熔化、SLS尼龙粉末烧结和FMS铸造砂模和AMC陶(táo)瓷(cí)都有(yǒu)打印设备,还提供相配套的(de)3D打印材料和3D打(dǎ)印(yìn)软件,但光固化3D打(dǎ)印机的种(zhǒng)类最(zuì)多。同时,公司也有涉及SLM金属打印机。其他(tā)集中在SLA光固化(huà)3D打印的公司,还包括「东(dōng)莞(wǎn)鸿泰」、「深圳(zhèn)金石」、「嘉兴(xìng)善维」、「佛山吗卡」。

    数字光处(chù)理(lǐ)(DLP),使用的(de)耗材和SLA一样(yàng),都(dōu)是光固(gù)化树脂。DLP与SLA最大的不同在于,DLP用(yòng)的是(shì)投(tóu)影仪(yí)的数字光源,SLA用的是(shì)激光头。正(zhèng)因为(wéi)如此,DLP一(yī)扫就是一片,SLA成(chéng)形只能靠一个(gè)激光(guāng)点。比较典型的企业有「迅实科技」,该公司拥有针对珠宝设计、齿科等多种行业应用的多款打印机(jī)。以(yǐ)及「黑格智造」,该公司以“DLP+”在智(zhì)能化、打印精(jīng)度、成型速度(dù)、稳定性、成型幅面上,相(xiàng)较于传(chuán)统DLP有了较大的提升,让(ràng)使用(yòng)该技术的设备更(gèng)加适合大(dà)规模的终(zhōng)端产品(pǐn),包(bāo)括牙齿矫正套、消(xiāo)费类(lèi)电子产品等的生产。

    光固化(huà)技术相较于FDM来说,最主要的优势就(jiù)是精度更高,速度更快。

    目前(qián)3D打印企业仍然面对成本(běn)较(jiào)高,盈(yíng)利较难的困境。很大(dà)一部(bù)分原因就在于,打印速度难(nán)以跟上,效率(lǜ)较低。于(yú)是兼(jiān)顾精度,提升速度的打印方(fāng)案(àn)开始越来越被关注,有企(qǐ)业对传统对光固化技术进行革(gé)新已达到更快速度的目的。

    10月中(zhōng)旬,美(měi)国西北大学在《Science》上发(fā)表了的新一代高速(sù)、大尺寸、光固化的(de)3D打印技术HARP (high-area rapid printing)技术的技术论文。科学(xué)家们也以此创办了Azul 3D公司。

    据南极熊3D打印报道,HARP技(jì)术(shù)采用垂直打印,用紫外(wài)线将液(yè)态(tài)树脂固化为硬化的塑料。此过程可以打印出坚硬、有弹性甚至陶瓷。与其他3D打印技术(shù)常见的叠层(céng)结构相反,这(zhè)些连续打印的零件机械性(xìng)能很好(hǎo),可以用作汽车、飞机(jī)、牙科、矫形器、时尚等等的零件。在打印过程中,HARP采(cǎi)用液体聚四氟乙(yǐ)烯在接(jiē)口上流动得以除(chú)去热量,然后通过冷却单元进行循环。

    Azul3D称自己的HARP技术(shù),已经突(tū)破(pò)了Carbon3D的CLIP技术打印速度的最高纪录,Carbon3D是目前全(quán)球(qiú)3D打印公司中估(gū)值最高的企业之一。它的CLIP技术是利用一层透氧膜,隔离(lí)光敏(mǐn)树脂液体和空气中的氧气,实现(xiàn)高速、连续的3D打印成型。

    2019年6月,Carbon获得了E轮(lún)的投资,融资规模高(gāo)达2.6亿美元(约18亿(yì)元人民币),而估值则达到(dào)了(le)24亿美元(165亿(yì)元人民币(bì))。截(jié)止2019年10月,Carbon3D已经推出了最新(xīn)一代的高速(sù)量产3D打印(yìn)机L1,目(mù)标就是大(dà)批量生产应(yīng)用的。

    在国内,也有企业在速度上下功夫。如36氪(kè)曾经报道过的「UNIZ」以 LCD-SLA 光固化技术为核心,加上(shàng)其特有的Uni-Directional Peel(UDP,单(dān)向(xiàng)剥离(lí))技术,使得其打印机的精(jīng)度和速度(dù)都能保持较高水平,号(hào)称3D打印速度可(kě)达1200mm/h以上。

    还有(yǒu)此前(qián)提(tí)到的「清锋时代」则研发了类似(sì)于光固化(huà)的LEAP技术,据称(chēng)可将3D打印(yìn)速度提升百倍。该技术(shù)搭配(pèi)公司研发的可量产高性能弹(dàn)性材料EM-11,将用于清(qīng)锋时代3D打印鞋底的批量生产。

    同样要用3D打印技(jì)术量产鞋底的,还有「塑(sù)成(chéng)科技」,该公司采用的是精(jīng)度更高,速度更快(kuài)的光固化打印技术,是传统速度的60-90倍。

    (3)其(qí)他非金属3D打印技术

    SLS,在行业(yè)内叫(jiào)做粉末烧结,其可用(yòng)材(cái)料包(bāo)括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙(lóng)等多种粉末材料。

    在(zài)尼龙3D打印(yìn)中(zhōng),「华(huá)曙高(gāo)科」是头部企业,现有(yǒu)员(yuán)工超过280人,其中(zhōng)研发(fā)人员超过 40%,公(gōng)司(sī)共申请专利超过百(bǎi)项,获得专利授(shòu)权近百项,同时研发金属3D打印设备及尼龙等高分子3D打印材料(liào)。此外,该公(gōng)司在金(jīn)属3D打印领域也有所涉及。

    3DP工艺与SLS工(gōng)艺类(lèi)似,采用(yòng)粉末(mò)材料成形,如陶瓷粉末,金属粉末(mò)。不(bú)同的是(shì)材料粉末(mò)不是(shì)通过烧结连接起来的,而是通过喷头用(yòng)粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷(shuā)”在材料粉末上面。如「宁夏共享集团」就(jiù)采用 3DP 工艺“逐层叠加、增材制造”,把铸造所用的砂芯砂型直接打印成形, 已(yǐ)经建(jiàn)设了(le)3D打(dǎ)印智能工厂。


    三、3D打印服(fú)务

    说起(qǐ)3D打印服务(wù),这(zhè)里我们将其(qí)拆分成(chéng)两类,一类是3D打印供应(yīng)链企业(yè),它们为3D打印提供后处理等服务(wù),为3D打印(yìn)生(shēng)产提(tí)供相关软件(包(bāo)括控(kòng)制系统)及(jí)相关解决(jué)方(fāng)案;另一类(lèi)则本身不(bú)生产(chǎn)3D打印所需的材(cái)料及打印机(jī)产品,而是提(tí)供解(jiě)决(jué)方案设计(jì)、直接的打印服务、以及交易平台。

    (1)软(ruǎn)件及系统(tǒng)解决方案供应商

    3D打印(yìn)产线不仅需要3D打(dǎ)印(yìn)硬(yìng)件产品,同样也需要软件(jiàn)系统的配合(hé)。多数3D打印设(shè)备厂商(shāng)会自行研发或是二次开发(fā)相关的软(ruǎn)件系统。市面上仍有专业的厂商,提供(gòng)相关方案(àn)。

    如新三板上市公司「金橙子」科技自主研发(fā)了3D打印控制系统,该(gāi)公司的控制卡集振(zhèn)镜控制、激光控制、运动(dòng)控制、传感(gǎn)器反馈于一体,并同时高精(jīng)密(mì)校正方案、多机加工方案、多(duō)种路径规划(huá)方案;「 创(chuàng)必得科技」自主研发了赤兔系列主控系统和(hé)切片软件,最早实现了 3D 打印(yìn)脱机(jī)控制及多机器分布式控制系统解决方案(àn);「空灵(líng)智(zhì)能」推出的主(zhǔ)板(bǎn)品牌「魔印」,该产(chǎn)品(pǐn)搭载了实(shí)时监控传输(shū)技术(shù),和打环检测技术,使(shǐ)得传统 3D 打印机可(kě)以实现互联网打印同(tóng)时(shí)拥有自我(wǒ)检测功能,客户可(kě)通过手机 app 对 3D 打印机进行远程操(cāo)控。同样的(de)3D 打印控制系(xì)统供应商,还(hái)有(yǒu)「谦辉信息」、「 晋原铭科技」。

    (2)3D打印后处(chù)理

    3D打印后处理是(shì)3D打印(yìn)重要的(de)步骤,直(zhí)接使用3D打印出来的物品只是一个(gè)半成品(pǐn),有些表面会比较粗糙,需要(yào)打磨抛光,有些需要喷涂、上色;金属(shǔ)制(zhì)品(pǐn)需要退(tuì)火、处气、固化(huà)。经过后处理(lǐ),3D打印产品才能最终送(sòng)到客户手里。

    今年10月,英国3D打印后处理初创公司「Additive Manufacturing Technologies(AMT)」宣(xuān)布完成520万美元的A轮融资。去年,德国专注于SLS聚合物3D打印后处理创业公(gōng)司「DyeMansion GmbH」获得了500万(wàn)美元的A轮(lún)投资(zī)。

    国内后处理厂商并不多,就在2019年10月,南极熊曝光了一个(gè)专门(mén)做尼龙(lóng)/TPU等材料3D打印(yìn)后处理的国(guó)产厂商——「东莞德为智能(DYEWIN)」。他们自(zì)主研发的3D打印零(líng)件(jiàn)表(biǎo)面处(chù)理(lǐ)及3D打(dǎ)印(yìn)零件染(rǎn)色等后处理系统,这一套(tào)清粉+表面精(jīng)细处理(lǐ)+染色的系统价格仅为国外同类进口产(chǎn)品的(de)20%。此外,还有「 苏州(zhōu)诺曼(màn)比尔(ěr)材料」专注金属(shǔ)等(děng)材料的3D打印(yìn)后处理。

    (3)消费端3D打印服务及3D打印平(píng)台

    在消费端,有公司专注于3D设(shè)计软件和设计(jì)服务。比如「中(zhōng)望(wàng)龙(lóng)腾软件(jiàn)」 就开发了3D One 系列三维创意设(shè)计软件 ,主要面对教育领域(yù)。另外面对教育市场的提供设计软件及相应解决方案的公司还有「 遨为数字技术 」、「乐(lè)伴科技」、「 张飞打印」。

    也有(yǒu)提(tí)供产品(pǐn)设计及(jí)打印(yìn)服(fú)务的公司,36氪此前曾介绍过聚焦“3D 打印+文创”的 「 上海极臻三维」, 此(cǐ)外聚焦3D技术消费领域的产品化(huà)的公司还(hái)有「云迹创(chuàng)意设计」、「 3dans 蛋生」、「 紫晶立方科技 」

    在3D打印平台方面, 36氪(kè)曾(céng)介绍过「云工厂」,“云工厂”的主(zhǔ)要业务线(xiàn)包(bāo)括3D打印、手板加工和(hé)机械加工(gōng),开发设计(jì)了专用于中小(xiǎo)批量产品加工的标准化流程(chéng),将(jiāng)传统制造和互(hù)联网连接,可以实现(xiàn)线上下单、自动报价、实时(shí)跟(gēn)踪生产进度和快(kuài)速交付产品的制造。

    新三板上市企业「先临三维(wéi)」也有(yǒu)3D打印服务的(de)子公司「云打印」,云(yún)打印打造了“3D 打印+互联网+物联(lián)网(IOT)+人(rén)工智能(AI)”的技术平(píng)台,打造 C2M 和线上线下相结合的 3D 打 印(yìn)分布(bù)式服(fú)务模式。公司已(yǐ)在浙江、江苏(sū)、南等 全国多个(gè)省份的地(dì)方政府或园区合作,建立了十几家线下(xià) 3D 打印服务中(zhōng)心。类似(sì)的提供 3D 打(dǎ)印云平台的公司,还有(yǒu)「易速普瑞」、「南京 1001 号」、「创想(xiǎng)智造 3D 打印网(wǎng) 」、「魔(mó)猴网」等。

    此外,还有相关的垂(chuí)直媒体服务于行业内(nèi)外(wài)的3D打印关注者。比(bǐ)如「南极熊(xióng)3D打(dǎ)印网(wǎng)」,该平台报道(dào)全球最新的3D打印资(zī)讯,定期输出3D打印(yìn)的研究(jiū)报告,举办行(háng)业内(nèi)交流会议,也为3D打印(yìn)相关(guān)企业提供咨询(xún)服务(wù)。与它类似,还(hái)有「3D打(dǎ)印世界(jiè)」、「3D科学谷」、「3D打印技术参考(kǎo)」等。


    四、3D打印(yìn)的应用

    3D打印的应用非常广泛(fàn),现今最热门(mén)的当属医(yī)疗3D打印。

    医(yī)疗3D打(dǎ)印有着(zhe)数(shù)十亿美元(yuán)的(de)想象空间(jiān)。从(cóng)微小的细胞组织(zhī),到(dào)大体(tǐ)积的骨骼(gé),都是3D打印(yìn)未来的“战场”。

    医疗3D打印,首先(xiān)是用计算机建立三维模型,数据传输至(zhì)打印机,由打(dǎ)印机逐层打印(yìn)截面,最后各截面粘合起来完成塑型。

    我们可以从落地的(de)难(nán)易(yì)程度,把医疗(liáo)3D打印划分为两部分(fèn):

    骨科植入物、口腔修复(fù)、定制化假肢、手(shǒu)术导板、内植入(rù)物,此(cǐ)类非生物3D打印技术,技术更为(wéi)成熟,更加贴近临床(chuáng),应用场景明确,是玩家们主要聚集的(de)细分赛道;细胞组织甚至器(qì)官组织的(de)3D打印,还有(yǒu)漫(màn)长的技术研发之路,是(shì)医疗3D打印的进阶阶段,水(shuǐ)面上的国(guó)内(nèi)玩家仅有五家。(1)最引人(rén)注目的板块莫(mò)过于骨科植入(rù)物

    公开数据显示,骨科植(zhí)入物(wù)占整(zhěng)个植入(rù)物市场规模的93%之多,预(yù)计2022年骨科植入物(wù)的市场规模高达290亿(yì)元。目前国内企业已经有一(yī)些产品获批上(shàng)市,也有与医院合作(zuò)手术的成功案(àn)例。

    国内主要集中在金属和高分子材料上,国(guó)际上(shàng),多(duō)数国外(wài)厂商采用(yòng)的是羟(qiǎng)基磷灰石和(hé)聚乳酸(suān)复合(hé)材料,还(hái)有一些骨科辅助器械(xiè)则(zé)采用的是石膏或树脂材料。

    举几个例子,「爱康医(yī)疗(liáo)」的3D ACT钛(tài)合金骨小梁髋(kuān)臼(jiù)杯(bēi)在2015年获得了上市许可;「艾科赛龙(lóng)」也聚焦3D打印骨(gǔ)科耗材(cái),它的特点是具备介(jiè)入式手术的导航板方案,帮(bāng)助扫除手术盲区;「 欧比雅(yǎ)」与广州医科大学附属第三医院合作,帮助一名有十年病史的踝关(guān)节慢性骨髓炎患者置换病灶骨骼。

    通常我们(men)有一(yī)些(xiē)维度去评价骨科植(zhí)入物的技术(shù)水(shuǐ)平:材质的抗(kàng)磨损性能和生(shēng)物相容(róng)性(xìng)、孔隙率、摩擦系数、旋转活动(dòng)度(分散应力)、铰链机制(防脱易(yì)植入)、承重方式(损耗程度)、补块垫块的丰富(fù)性(骨(gǔ)缺损处理方(fāng)案的丰(fēng)富性)、手术及翻(fān)修策略等等。

    (2)风口上的隐形牙套,正(zhèng)是(shì)3D打印的成果

    3D打印(yìn)的另一个(gè)细(xì)分赛道是数字化(huà)口腔修(xiū)复,现(xiàn)在技术已(yǐ)经可以制作种植(zhí)牙(yá)、义齿、正畸产品(pǐn)等等,还可以达成相关关(guān)节紊乱病的治(zhì)疗修复。

    隐形正畸正处于(yú)投资风(fēng)口(kǒu),正畸量在近几(jǐ)年来有(yǒu)着(zhe)爆发式的增长,诊所的毛利(lì)率(lǜ)通常在50%-75%。而隐形正(zhèng)畸所用的隐形牙套,正是3D打印(yìn)的成果。

    3D打印可以带给用户个性化的精准矫形,扫(sǎo)描(miáo)仪掌握(wò)数字化地口腔状况,建立个(gè)性化的口内3D数字模型,从而生产出(chū)“量身定(dìng)制”的隐形(xíng)牙套(tào)。根据平安(ān)证券口腔报告测算,2017年中国(guó)国正畸病例大(dà)约206万例,每例按12000元计算,则中国正畸市场规模(mó)在(zài) 250亿左右。

    对于义齿厂而(ér)言(yán),3D打(dǎ)印机不(bú)仅能够实现人工(gōng)替代,还能够提高(gāo)生产效率和品质。全国有4000多(duō)家义齿(chǐ)厂,随着(zhe)产业的(de)升级、进口替代的加速(sù),未来将有更多(duō)的3D打印机进入义齿厂,未(wèi)来五(wǔ)年市场规模有(yǒu)望(wàng)超10亿。

    以往困扰口腔(qiāng)医生的是,初期设计的轮(lún)廓外形总是很难与最终得到的(de)修复体一致,而(ér)3D打印就很好地解决了(le)这(zhè)个问题(tí)。3D打印的(de)目标修复体(tǐ)导板(bǎn),可以将修复蓝图可视化地呈现出来,根据导板打印而成的修复(fù)体,可以做(zuò)到高精准度,让“理(lǐ)想”和“现实”达成一致。

    还有一(yī)些公司(sī)擅长三维数据采集,为医院提供手术前规划方案,用可视化的图像模(mó)拟手术,帮助医生(shēng)更好地(dì)操(cāo)作(zuò)演(yǎn)练。这个赛道上,「浙江德(dé)尔达」的(de)做法(fǎ)是,通过对(duì)病患部(bù)位(wèi)的三维重建(jiàn),设(shè)计手术导板,手(shǒu)术(shù)导板就像是一个“手术用的地图”,让医生可以通过实体模型来规划手术(shù);「即刻(kè)叁医疗」将3D技术应用在了血管外科(kē)、肝胆外、肿(zhǒng)瘤(liú)、颌面外科。

    数字(zì)化口腔赛(sài)道的公司相对较(jiào)多,包括此前文章(zhāng)提及的「迅(xùn)实(shí)科技」、「瑞通生(shēng)物」、「UNIZ」、「 黑格智能」、「精唯信诚(chéng)」、「长朗智能」等。

    (3)世界(jiè)首颗3D打印心脏诞生(shēng)

    "医疗3D打印(yìn)的进阶阶段",就是细胞组织甚至器官组(zǔ)织的3D打印。

    今年4月15日,以色(sè)列(liè)特拉维夫大学研究人员宣布成功3D打(dǎ)印出世界首颗“完整(zhěng)”心脏的新闻轰动全球。一夜之间,“3D打印器官”仿佛触手可(kě)及,器官移植供体紧缺似乎不(bú)再是问题(tí)。

    然而冷静下来,我们会(huì)发现:这个“心脏”很小,并(bìng)非(fēi)人类尺寸;血管(guǎn)系(xì)统(tǒng)并不完整,毛细血管未被(bèi)打印出来;此“心脏”尚不具备泵血功能。

    尽管距真(zhēn)正可移植的(de)心脏还有一段距离,但是这颗心脏的诞生,仍(réng)然引起了(le)巨大的轰动。为(wéi)什么(me)呢?答案是,它与组织(zhī)工程构建技术(shù)有关。

    经典组(zǔ)织工(gōng)程(chéng)构建首先需要两类材料——种子细胞和支架材料(liào)。支架(jià)材料顾(gù)名思义,起到的即“支撑”作用。它为种子细胞提(tí)供生长和发挥生(shēng)物学功能的场所,需要具有模仿天然组织的构建性能。种子细胞则(zé)是(shì)在支(zhī)架材料上联结、生(shēng)长成(chéng)所需组织、器官的单位。

    怎样的支架(jià)材料无毒、无(wú)免(miǎn)疫原性,具有良好的生(shēng)物相容性(xìng)、合适的生(shēng)物降解性,同时适合(hé)细胞生长?怎样获得多功(gōng)能干(gàn)细胞,并使其(qí)定向分(fèn)化成所需的种子细胞?如何维(wéi)持所获组(zǔ)织、器官的细胞活性?怎(zěn)样令(lìng)打印出的组织(zhī)/器件功能化?这(zhè)些都是摆在科学家和企业(yè)面前的问(wèn)题。

    特拉(lā)维夫大学研究人员即是解决了部分这(zhè)些(xiē)问题后,打印出了(le)具有(yǒu)细胞、血管、心(xīn)室和心房的“完整”心脏(zāng)。这同时(shí)意味着,结构更简单的耳朵、气管、血管(guǎn)等组织(zhī)器(qì)官可以完全重现。无排异的(de)组织(zhī)移植或(huò)许(xǔ)能(néng)先一步到来。

    目(mù)前,36氪收(shōu)集的公开资(zī)料显(xiǎn)示,全球生物3D打印的(de)市场规(guī)模在30亿元左(zuǒ)右,全(quán)球领先的生物3D打印公司包括美国的「Organovo」、日本的「Cyfuse Biomedical」、加(jiā)拿(ná)大的「Aspect Biosesystems」等。而国内从事器(qì)官、血(xuè)管等组织工程(chéng)3D打(dǎ)印的企业,仅有数家(jiā),分别为:「上普生(shēng)物(wù)」、「迈普医学」、「捷诺飞生物科技」、「尤尼科技」、「蓝光英诺」等。

    FDM和光固化是(shì)目前较为主流的打(dǎ)印技术,上述”心脏“即是FDM技术下打印出来的。光固化技术的优势(shì)在于成(chéng)型容易,但是容易产(chǎn)生毒性问题。

    细胞打(dǎ)印产业化的难点,除(chú)了技术,还有伦理道德乃至风险控制。社会(huì)对此类产品的接受程度、生(shēng)产过程中(zhōng)可能带(dài)来的病毒等风险,也在一定程度上制约了行业的发展。

    据悉,现在(zài)企业提供的业务多为:生(shēng)物(wù)3D打(dǎ)印(yìn)机的定制、售卖(mài);生物墨水等其他耗材的定(dìng)制、售卖;生物仿真(zhēn)模(mó)型的打(dǎ)印服务等。目前行业(yè)内可降解组织工(gōng)程支架的打印相对成熟,细胞、组织、器(qì)官的3D打印处于科研应用阶段的(de)居多。

    短期上看,生物(细胞)3D打印比较(jiào)现实的落地(dì)场景在于,打(dǎ)印(yìn)具有单一功能的类组织来进(jìn)行体(tǐ)外药(yào)检、病毒理测试,乃至化妆品、保健品(pǐn)的效果测(cè)试。往(wǎng)远了看(kàn),即最终应是实现器官移植,造福人类。

    随着技术的日益成熟,3D打印产品的生产制作或许将不再是最大难题。行业玩家们共同面临的(de)问题,其实是(shì)政策审批(pī)的问题。

    由于医疗3D打印产品可能会直(zhí)接用于(yú)人体,且产品都是根据患者情况个性化定制的,每位患者的(de)情(qíng)况都会有所不同,所(suǒ)以对它的审批是非常严格(gé)谨慎的,相关(guān)政策滞后于技术。

    3D打印产品(pǐn)以往没有适用的取证规(guī)范,定制(zhì)化(huà)的产(chǎn)品导致取(qǔ)证成本(běn)很(hěn)大,用在每一个身体部(bù)位(wèi)都需要申请一(yī)张医疗器械证,取证成(chéng)本极高。

    最新的(de)动态是,今年7月国家(jiā)出(chū)台了一项新(xīn)政(zhèng)策,预计能为(wéi)医疗(liáo)3D打印带来强心剂。

    这项新政是《定(dìng)制式(shì)医疗(liáo)器械监督管理规定(试行)》,规定了定制式医疗器械的备案管理、设计加工、使(shǐ)用管理、监(jiān)督管理(lǐ)的规范,从明年1月1日起施(shī)行。

    纵观整个3D打印市场,其应用(yòng)范(fàn)围非常广泛,从医用至工业至消费,都可(kě)以看到3D打印的身影。

    医用领域包括(kuò)医用手(shǒu)术导板、医疗(liáo)植入(rù)物、齿科模型(xíng)及相关矫正设备、金属牙冠等(děng)物件的制造(zào);

    工业方面,有工业产(chǎn)品(pǐn)设计开(kāi)发、复杂(zá)小(xiǎo)型金属精密(mì)零(líng)件(jiàn)、航(háng)空航天复杂金属构件、飞机大型复杂金(jīn)属构件、航空航天领域用(yòng)工(gōng)程(chéng)塑料零部(bù)件、汽车(chē)、家电等领域(yù)零部件制造、铸造用蜡模制作以及建筑(zhù)建造;

    在消(xiāo)费领域(yù)则包括,手办(bàn)制作、珠宝设计与制(zhì)作、创意产(chǎn)品(pǐn)制作(zuò)与生产、以及食(shí)品制作等。

    这篇文章(zhāng),36氪只(zhī)盘(pán)点了最(zuì)热门的(de)医疗3D打印(yìn)。接下来,36氪(kè)还(hái)将(jiāng)聚焦3D打印(yìn)在其他行业的应用,进行分析和盘点。

    关键词:




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